Óptica no-lineal DAÑO CON LASER EN MATERIALES OPTICOS.

Presentación del tema: "Óptica no-lineal DAÑO CON LASER EN MATERIALES OPTICOS."— Transcripción de la presentación:

1 Óptica no-lineal DAÑO CON LASER EN MATERIALES OPTICOS.
Oscar Javier Zapata Nava

2 Objetivo Se explicaran algunos de los mecanismos que producen daño en materiales ópticos

3 Introducción Cuando un haz de luz de una intensidad considerable ilumina un medio transparente se pueden observar efectos tales como distorsión, expansión, transmitancia no-lineal, efectos electro-ópticos, generación de segundo armónico, autoenfocamiento, etc. Cuando la intensidad del haz se incrementa, estos fenómenos pueden provocar cambios no reversibles en el material, tales como fundiciones, rupturas y poros los cuales se forman al evaporarse el material.

4 . El daño puede correlacionar con:
Densidad de potencia pico (espacial y temporal) en el pulso del láser. Densidad de energía máxima (espacial) del pulso del láser. Densidad de energía promedio en el pico del pulso. Densidad de energía total o la densidad de potencia promedio en un tren de pulsos. Densidad de potencia de onda continua (energía en un tiempo dado).

5 Mecanismos de daño Ruptura dieléctrica Absorción térmica
Tiempo de daño

6 Ruptura dieléctrica Efectos en volúmenes Efectos en superficies
Aumento por rayas Auto-enfocamiento

7 Efectos en volúmenes La relación entre la intensidad de ruptura electrica y el umbral de daño inducido con láser (LIDT) es: donde VB es la intensidad de ruptura dieléctrica Z1 y Z0 son las impedancias del dieléctrico y del espacio libre respectivamente n es el índice de refracción y donde Ep es la energia total en el pulso, A es el parametro de area y  es el ancho de pulso equivalente

8

9 Daño con laser en cristal KDP

10 Efectos en superficies
Para una muestra perfecta, con indice de refraccion n, la relacion entre la entrada y la salida del campo electrico en la superficie es:

11 Daño en la superficie trasera

12 Por encima de la densidad potencia critica, el plasma absorbe la energía y muy poca es transmitida

13 Aumento por rayas El campo electrico aumenta debido a rupturas (grietas), surcos y poros en el material.

14 Auto-enfocamiento

15 El auto-enfocamiento, ocurre en materiales debido a cambios en el índice de refracción con la temperatura el cual esta dado por la ecuación: Alternativamente n puede ser expresada como: donde n es convencionalmente definido como el cambio de indice refractivo (RI) con la temperatura, PD es la densidad de potencia del haz laser,  es la longitud del pulso del laser,  es el coeficiente de absorcion,  es la densidad, C es el calor especifico y nT es la energia dependiente del factor RI.

16 La distancia focal puede ser calculada como:
y la potencia del haz necesaria para enfocarlo a la longitud de fresnel es Pc, donde

17 Tomando un ejemplo típico:
nT=10-9 =1.06m n=1.5 Ep=Pc =2J Por lo tanto Pc =108 para  =20 ns Pc =106 para  =2 s

18 Absorción térmica Absorción de volumen Absorción de superficie

19 Tiempo de daño

20 Daño a fotodetectores

21 Referencias Laser damage in optical materials Laser induced damage
Roger M. Wood ARTICLES Laser induced damage N. Barakat Laser induced bulk damage Nobu Kuzzu